Protactinio

Protactinio
91 Pa
Pr ↑ Papá ↓ (Uqt) Tabla periódica torio ← protactinium → uranio
Apariencia
brillante, brillo metálico plateado
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	protactinio, Pa, 91
Pronunciación	/ ˌ p r oʊ t æ k t ɪ n yo ə m / PROH -tak- TIN -ee-əm
Categoría Elemento	actínidos
Grupo, período, bloque	n / a, 7, F
Peso atómico estándar	231.03588
Configuración electrónica	[ Rn ] 5f 2 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Historia
Predicción	Dmitri Mendeleev (1869)
Descubrimiento	William Crookes (1900)
Primer aislamiento	William Crookes (1900)
Nombrado por	Otto Hahn y Lise Meitner (1917-8)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	15,37 g · cm -3
Punto de fusion	1841 K , 1568 ° C, 2854 ° F
Punto de ebullicion	? 4300 K,? 4027 ° C,? 7280 ° F
Calor de fusión	12.34 kJ · mol -1
El calor de vaporización	481 kJ · mol -1
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	2, 3, 4, 5 (Débilmente óxido básico)
Electronegatividad	1,5 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 568 kJ · mol -1
Radio atómico	163 pm
Radio covalente	200 pm
Miscelánea
Estructura cristalina	tetragonal
Ordenamiento magnético	paramagnético
La resistividad eléctrica	(0 ° C) 177 nΩ · m
Conductividad térmica	47 W · m -1 · K -1
Número de registro del CAS	7440-13-3
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos del protactinio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 229 Pa syn 1.5 d ε 0,311 229 Th 230 Pa syn 17.4 d ε 1,310 230 Th 231 Pa ~ 100% 3,276 × 10 4 y α 5,150 227 Ac 232 Pa syn 1,31 d β - 1,337 232 U 233 Pa rastro 26.967 d β - 0.5701 233 U 234 m Pa rastro 1.17 min β - 2.29 234 U 234 Pa rastro 6.75 h β - 2,195 234 U

El protactinio es un elemento químico con el símbolo de Pa y número atómico 91. Es un metal denso, de color gris plateado que reacciona fácilmente con el oxígeno , vapor de agua e inorgánicos ácidos . Forma diversos compuestos químicos , donde protactinium está usualmente presente en el estado de oxidación +5, pero también puede asumir 4 y hasta 2 o 3 estados. Las concentraciones medias de protactinio en la corteza terrestre es típicamente del orden de unas pocas partes por billón, pero pueden alcanzar hasta unas pocas partes por millón en algunos depósitos de mineral uraninite. Debido a su escasez, la alta radiactividad y de alta toxicidad, actualmente no existen usos para protactinium fuera de la investigación científica, y para este propósito, protactinio se extrae principalmente de pasado combustible nuclear.

El protactinio fue identificado por primera vez en 1913 por Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring y nombrado brevium debido a la corta vida media de la específica de isótopos estudiado, a saber protactinio-234. Un isótopo más estable ⁽²³¹ Pa) de protactinio fue descubierto en 1917-1918 por Otto Hahn y Lise Meitner, y eligieron el nombre proto-actinio, pero entonces el IUPAC nombró finalmente protactinio en 1949 y confirmó Hahn y Meitner como descubridores. El nuevo nombre significa "padre de actinio "y refleja el hecho de que actinio es un producto de la desintegración radiactiva de protactinio.

La más larga duración y más abundante (casi el 100%) de origen natural de isótopos de protactinio, protactinio-231, tiene una vida media de 32.760 años y es un producto de desintegración de de uranio-235. Trazas mucho menor de la corta vida isómero nuclear protactinio 234m se producen en la cadena de desintegración de de uranio-238. El protactinio-233 resulta de la descomposición de torio -233 como parte de la cadena de eventos que se utilizan para producir de uranio-233 por irradiación de neutrones de torio-232. Es un producto intermedio deseado en torio basa- Por lo tanto, los reactores nucleares y se retira de la zona activa del reactor durante el proceso de cría. Análisis de las concentraciones relativas de diversos uranio, torio y protactinio isótopos en agua y minerales se utiliza en datación radiométrica de sedimentos que son de hasta 175.000 años de edad y en el modelado de los distintos procesos geológicos.

Historia

En 1871, Dmitri Mendeleev predicho la existencia de un elemento entre el torio y el uranio . El grupo de elementos actínidos era desconocido en el momento. Por lo tanto, el uranio se coloca debajo de tungsteno y el torio debajo de circonio, dejando el espacio a continuación tantalio vacía, y hasta la década de 1950 tablas periódicas se publicaron con esta estructura. Durante mucho tiempo los químicos buscaron eka-tantalio como un elemento con propiedades químicas similares como el tantalio, lo que hace un descubrimiento de protactinium casi imposible.

En 1900, William Crookes aislado protactinium como un material intensamente radiactivos de uranio; Sin embargo, no podía caracterizar como un nuevo elemento químico y así lo nombró uranio-X. Crookes disuelto nitrato de uranio en éter , la fase acuosa residual contiene la mayor parte de la 234
90 Th y 234
91 Pa. Su método todavía se utiliza en la década de 1950 para aislar 234
90 Th y 234
91 Pa a partir de compuestos de uranio. El protactinio fue identificado por primera vez en 1913, cuando Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring encontraron el isótopo ²³⁴ Pa durante sus estudios de las cadenas de desintegración de de uranio-238: 238
92 U → 234
90 Th → 234
91 Pa → 234
92 U. Nombraron al nuevo elemento brevium (de la palabra latina, brevis, que significa breve o corto), debido a su corta vida media, 6,7 horas para el 234
91 Pa. En 1917-1918, dos grupos de científicos, Otto Hahn y Lise Meitner de Alemania y Frederick Soddy y John Cranston de Gran Bretaña , independientemente descubrieron otro isótopo del protactinio, ²³¹ Pa tener mucho más tiempo de vida media de alrededor de 32.000 años. Así, el nombre fue cambiado a brevium protoactinium como nuevo elemento era parte de la cadena de desintegración del uranio-235 antes del actinio (del griego : πρῶτος = protos que significa primero, antes). Para facilitar la pronunciación, el nombre fue acortado a protactinium por el IUPAC en 1949. El descubrimiento de protactinium completó el último hueco en las primeras versiones de la tabla periódica, propuesta por Mendeleev en 1869, y que llevó a la fama a los científicos involucrados.

Aristid von Grosse produjo 2 miligramos de Pa ₂ O ₅ en 1927, y en 1934 primero protactinium elemental aislado de 0,1 miligramos de Pa ₂ O _5. Se utiliza dos procedimientos diferentes: en el primero, óxido de protactinio se irradió por 35 keV electrones en vacío. En otro método, llamado proceso van Arkel-de Boer, el óxido se convierte químicamente en un haluro ( cloruro, bromuro o yoduro) y después se redujo en el vacío con un filamento metálico calentado eléctricamente:

2 Pai ₅ → 2 Pa + 5 I ₂

En 1961, los británicos Autoridad de Energía Atómica (UKAEA) produjo 125 gramos de 99,9% protactinio puro mediante el procesamiento de 60 toneladas de material de desecho en un proceso de 12 etapas, con un costo de alrededor de 500.000 dólares. Durante muchos años, esta fue sólo importante suministro mundial de protactinio, que se entregó a varios laboratorios para estudios científicos. Laboratorio Nacional de Oak Ridge en los EE.UU. está proporcionando protactinium a un costo de alrededor de 280 USD / gramo.

1869 tabla periódica de Mendeleiev con una brecha de protactinio en la fila inferior de la tabla, entre el torio y el uranio

Aparición

El protactinio es uno de los elementos más raros y más caros de origen natural. Se encuentra en la forma de dos isótopos - ²³¹ Pa y ²³⁴ Pa, con el isótopo ²³⁴ Pa ocurre en dos estados de energía diferentes. Casi todos protactinium natural es protactinio-231. Es un emisor alfa y está formado por la desintegración del uranio-235, mientras que la beta radiante protactinio-234 se produce como resultado de la descomposición de uranio-238 . Casi todo el uranio-238 (99,8%) se descompone primero en el ^234m Pa isómero.

Protactinio se produce en uraninita (pitchblende) a concentraciones de aproximadamente 0,3-3 partes ²³¹ Pa por millón de partes (ppm) de mineral. Considerando que el contenido habitual es de cerca de 0,3 ppm (por ejemplo, en Jáchymov, República Checa ), algunos minerales de la República Democrática del Congo tiene alrededor de 3 ppm. Protactinio se dispersa homogéneamente en la mayoría de materiales naturales y en agua, pero a concentraciones mucho menores en el orden de una parte por billón, que corresponde a la radioactividad de 0,1 picocurios (ICP) / g. Hay alrededor de 500 veces más protactinium en las partículas del suelo de arena que en el agua, incluso el agua presente en la misma muestra de suelo. Mucho más altas proporciones de 2000 y por encima se miden en suelos y arcillas marga, como bentonita.

En los reactores nucleares

Dos de los principales isótopos protactinium, ²³¹ Pa y ²³³ Pa, se producen a partir de torio en reactores nucleares; ambos son indeseables y se eliminan por lo general, lo que añade complejidad al diseño del reactor y funcionamiento. En particular, a través de ²³² Th (n, n) 2 reacciones produce ²³¹ Th que rápidamente (vida media 25,5 horas) decae a ²³¹ Pa. El último de isótopos, aunque no es un residuos transuránicos, tiene una larga vida media de 32.760 años y es un importante contribuyente a largo plazo radiotoxicidad del combustible nuclear gastado.

El protactinio-233 se forma sobre la captura de neutrones por ²³² Th. Es más bien decae al uranio-233 o captura otro neutrón y se convierte en el no fisionable uranio-234. ²³³ Pa tiene una vida media relativamente larga de 27 días y de alta sección transversal de captura de neutrones (el llamado " veneno de neutrones "). Así, en lugar de descomposición rápidamente a la utilidad ²³³ U, una fracción significativa de ²³³ Pa convierte a los isótopos no fisibles y consume neutrones, degradando la eficiencia del reactor. Para evitar esto, ²³³ Pa se extrae de la zona activa de torio reactores de sales fundidas, durante su funcionamiento, de modo que sólo se descompone a ²³³ U. Esto se consigue utilizando varios metros altas columnas de fundido de bismuto con litio disuelto en ella. En un escenario simplificado, el litio reduce selectivamente sales protactinium a protactinio de metal que luego se extrae del ciclo de sales fundidas, y el bismuto es simplemente un portador. Se elige debido a su bajo punto de fusión (271 ° C), la presión de vapor baja, buena solubilidad para el litio y los actínidos, y inmiscibilidad con fundido haluros.

Preparación

Protactinio se produce en minerales uraninite.

Antes de la llegada de los reactores nucleares, protactinio fue separada para los experimentos científicos de minerales de uranio. Hoy en día, se produjo principalmente como un producto intermedio de la fisión nuclear en reactores de alta temperatura de torio:

Los tiempos son vidas medias.

Protactinio de metal se puede preparar por reducción de su fluoruro con fluoruro de calcio, de litio o de bario a una temperatura de 1300-1400 ° C.

Propiedades físicas y químicas

Protactinio es un actínidos que se coloca en el tabla periódica a la izquierda de uranio y a la derecha del torio , y muchas de sus propiedades físicas son intermedias entre las dos actínidos. Así, protactinio es más denso y rígido que el torio, pero es más ligero que el uranio, y su punto de fusión es inferior a la de torio y mayor que la de uranio. La expansión térmica, conductividad eléctrica y térmica de estos tres elementos son comparables y son típicos de "metales pobres". El estimado módulo de cizallamiento de protactinio es similar a la de titanio . El protactinio es un metal con brillo plateado-gris que se conserva desde hace algún tiempo en el aire. Protactinio reacciona fácilmente con el oxígeno, vapor de agua y ácidos, pero no con metales alcalinos.

A temperatura ambiente, el protactinio cristaliza en centrado cuerpo- estructura tetragonal que puede ser considerado como distorsionada red cúbica centrada en el cuerpo; esta estructura no cambia tras la compresión de hasta 53 GPa. Los cambios en la estructura de cara centrada cúbico (fcc) tras el enfriamiento de las temperaturas altas, a unos 1200 ° C. El coeficiente de expansión térmica de la fase tetragonal entre temperatura ambiente y 700 ° C es 9,9 × 10 ^-6 / ° C.

El protactinio es transiciones paramagnéticas y no magnéticos son conocidos por ella a cualquier temperatura. Se convierte en superconductor a temperaturas inferiores a 1,4 K. protactinio tetracloruro es paramagnético a temperatura ambiente pero vueltas ferromagnético tras el enfriamiento a 182 K.

Protactinio existe en dos principales estados de oxidación , 4 y 5, tanto en sólidos y soluciones, y se observaron los 3 y 2 estados en algunas fases sólidas. A medida que la configuración electrónica del átomo neutro es [Rn] 7s ² 6d ¹ 5f ^2, el estado de oxidación +5 corresponde con el bajo consumo de energía (y por tanto favorecida) 5f ⁰ configuración. Ambos 4 y 5 estados forman fácilmente hidróxidos en el agua con los iones predominantes siendo Pa (OH) ^{3 +,} Pa (OH) 2 +
2, Pa (OH) +
3 y Pa (OH) _4, todo incoloro. Otros iones protactinium conocidos incluyen PACL 2+
2, Paso 2 +
4, Paf ^3+, Paf 2+
2, PAF -
6, Paf 2-
7 y PAF 3-
8.

Los compuestos químicos

Aquí a, b y c son constantes de red en picómetros, n es el número de grupo de espacio y Z es el número de por unidades de fórmula celda unitaria; fcc representa el centrada en las caras simetría cúbica. Densidad no se midió directamente pero calcula a partir de los parámetros de red.

Los óxidos y sales que contienen oxígeno

Óxidos Protactinium son conocidos por los estados de oxidación del metal 2, 4 y 5. El más estable es pentóxido de blanco Pa ₂ O _5, que puede ser producido mediante la ignición protactinio (V) de hidróxido en el aire a una temperatura de 500 ° C. Su estructura cristalina es cúbica, y la composición química es a menudo no estequiométrica, descrito como PaO _2,25. También se ha descrito otra fase de este óxido con simetría ortorrómbica. El dióxido de negro PaO ₂ se obtiene de la pentóxido de reduciéndola a 1550 ° C con hidrógeno. No es fácilmente soluble en ya sea diluido o concentrado nítrico , clorhídrico o sulfúrico , pero fácilmente se disuelve en acido hidrofluorico. El dióxido se puede convertir de nuevo a pentóxido por calentamiento en atmósfera que contiene oxígeno a 1100 ° C. El monóxido de PaO sólo se ha observado como un recubrimiento delgado sobre protactinium metal, pero no de una forma a granel aislado.

Formas Protactinium mezclan óxidos binarios con diversos metales. Con los metales alcalinos A, los cristales tienen una fórmula química APAO ₃ y estructura perovskita, o A ₃ PaO ₄ y la estructura de sal gema distorsionada, o A ₇ PaO ₆ donde los átomos de oxígeno para una celosía hexagonal compacta. En todos estos materiales, los iones protactinium se octaédricamente coordinados. El pentóxido Pa ₂ O ₅ combina con óxidos metálicos de tierras raras R ₂ O ₃ para formar diversos mixtos-óxidos no estequiométricos, también de estructura perovskita.

Óxidos Protactinium son básico; que fácilmente se convierten en hidróxidos y pueden formar diversas sales, tales como sulfatos , fosfatos, nitratos , etc. El nitrato es generalmente de color blanco, pero pueden ser de color marrón debido a la descomposición radiolítica. El calentamiento de la nitrato en aire a 400 ° C la convierte a la protactinium pentóxido de blanco. El polytrioxophosphate Pa (PO _{3) 4} puede ser producido por reacción de sulfato de difluoruro de PAF ₂ SO ₄ con ácido fosfórico (H ₃ PO ₄₎ bajo atmósfera de gas inerte. Calentar el producto a aproximadamente 900 ° C elimina la subproductos de reacción tales como acido hidrofluorico, trióxido de azufre y anhídrido fosfórico. El calentamiento a temperaturas más elevadas en una atmósfera inerte se descompone Pa (PO _{3) 4} en el PaP difosfato ₂ O _7, que es análoga a difosfatos de otros actínidos. En el difosfato, los PO ₃ grupos forman pirámides de simetría C _2v. Calefacción PaP ₂ O ₇ en el aire a 1400 ° C se descompone en los pentóxidos de fósforo y protactinio.

Haluros

El protactinio (V) formas de fluoruro cristales blancos donde los iones protactinium están dispuestos en bipirámides pentagonales y coordinado por otros 7 iones. La coordinación es la misma en protactinio (V) cloruro, pero el color es amarillo. Los cambios de coordinación para octaédricos en el bromuro de protactinium marrón (V) y es desconocido para protactinio (V) de yoduro. La coordinación protactinio en todas sus tetrahaluros es 8, pero el arreglo es antiprismatic cuadrado en protactinio (IV) y el fluoruro de dodecaedro en el cloruro y bromuro. Protactinium de color marrón (III) de yoduro se ha informado donde los iones protactinium son 8-coordinados en una disposición prismática trigonal bicapped.

Coordinación de protactinio (círculos sólidos) y átomos de halógeno (círculos abiertos) en protactinio (V) de fluoruro o cloruro.

El protactinio (V) fluoruro y protactinio (V) cloruro tienen una estructura polimérica de simetría monoclínica. Allí, dentro de una cadena polimérica, todos los átomos de haluro se encuentran en un plano semejante al grafito y forman pentágonos planas alrededor de los iones protactinium. La coordinación 7 de protactinio se origina a partir de los 5 átomos de halogenuros y dos enlaces a átomos protactinium pertenecientes a las cadenas cercanas. Estos compuestos se hidrolizan fácilmente en agua. El pentacloruro funde a 300 ° C y se sublima a temperaturas aún más bajas.

Protactinio (V) de fluoruro se puede preparar por reacción de óxido de protactinium con cualquiera pentafluoruro de bromo o trifluoruro de bromo a aproximadamente 600 ° C, y protactinio (IV) de fluoruro se obtiene a partir del óxido y una mezcla de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno a 600 ° C; Se requiere un gran exceso de hidrógeno para eliminar fugas de oxígeno atmosférico en la reacción.

Protactinio (V) cloruro se prepara haciendo reaccionar óxido de protactinium con tetracloruro de carbono a una temperatura de 200-300 ° C. Los subproductos (como PaOCl ₃₎ se eliminan mediante sublimación fraccionada. Reducción de protactinio (V) cloruro de con hidrógeno a aproximadamente 800 ° C produce protactinio (IV) cloruro de - un sólido amarillo-verde que se sublima en vacío a 400 ° C; también se puede obtener directamente a partir de dióxido protactinium por tratamiento con tetracloruro de carbono a 400 ° C.

Bromuros protactinium se producen por la acción de bromuro de aluminio, bromuro de hidrógeno, tetrabromuro de carbono o una mezcla de bromuro de hidrógeno y bromuro de tionilo en óxido de protactinio. Una reacción alternativa es entre pentacloruro de protactinio y bromuro de hidrógeno o bromuro de tionilo. Protactinio (V) bromuro de monoclínica tiene dos formas similares, uno se obtiene mediante sublimación a 400-410 ° C y otro por sublimación a temperatura ligeramente inferior de 390-400 ° C.

Yoduros Protactinium resultan de los óxidos y yoduro de aluminio o yoduro de amonio calentó a 600 ° C. Protactinio (III) de yoduro se obtiene calentando protactinio (V) de yoduro en el vacío. Como con óxidos, haluros formas protactinium mezclan con metales alcalinos. Entre ellos, más notable es Na PAF _{3 8} donde ion protactinium está simétricamente rodeada de 8 F ^- iones que forman un cubo casi perfecto.

Fluoruros protactinium más complejas son también conocidos como Pa ₂ F ₉ y fluoruros ternarias de los tipos MPAF ₆ (M = Li, Na, K, Rb, Cs o NH _4), m ₂ PAF ₇ (M = K, Rb, Cs o NH ₄₎ y M ₃ PAF ₈ (M = Li, Na, Rb, Cs), siendo todos los sólidos cristalinos blancos. La fórmula MPAF ₆ se puede representar como una combinación de MF y PAF _5. Estos compuestos se pueden obtener por evaporación de una solución de ácido fluorhídrico que contiene estos complejos ambos. Para los pequeños cationes alcalinos como Na, la estructura cristalina es tetragonal, mientras que disminuye a orthorphombic para cationes mayores K ^+, Rb ^+, Cs ⁺ o NH ₄ ^+. Una variación similar se observó para los M ₂ PAF ₇ fluoruros, es decir, la simetría del cristal era dependiente de la cationes y difería de Cs ₂ PAF ₇ y M ₂ PAF ₇ (M = K, Rb o NH _4).

Otros compuestos inorgánicos

Se conocen oxihaluros y oxisulfuros de protactinio. PaOBr ₃ tiene una estructura monoclínica compuesto de unidades de doble cadena donde protactinium tiene coordinación 7 y está dispuesto a bipirámides pentagonales. Las cadenas están interconectados a través de átomos de oxígeno y de bromo, y cada átomo de oxígeno está relacionado con tres átomos Pa. PAOS es una luz de color amarillo no volátil sólido con una red cristalina cúbica isoestructural a la de otros oxisulfuros actínidos. Se obtiene por reacción de protactinio (V) cloruro con una mezcla de sulfuro de hidrógeno y disulfuro de carbono a 900 ° C.

En hidruros y nitruros, protactinium tiene un bajo estado de oxidación de aproximadamente 3. El hidruro se obtiene por la acción directa del hidrógeno en el metal a 250 ° C, y el nitruro es un producto de amoniaco y tetracloruro de protactinium o pentacloruro. Este sólido de color amarillo brillante es estable al calentamiento hasta 800 ° C en vacío. Protactinio carburo de PaC se forma por reducción de tetrafluoruro de protactinium con bario en un crisol de carbono a una temperatura de aproximadamente 1400 ° C. Formularios protactinium borohidruros que incluyen Pa (BH _{4) 4.} Tiene una estructura polimérica inusual con cadenas helicoidales en el que el átomo de protactinium tiene número de coordinación de 12 y está rodeado por seis BH ₄ ^- iones.

La estructura propuesta de la Pa (C ₈ H _{8) 2} molécula

Los compuestos organometálicos

Protactinio (IV) forma un tetrakis complejos (ciclopentadienil) protactinium tetraédrica (IV) (o Pa (C ₅ H _{5) 4)} con cuatro anillos de ciclopentadienilo, que pueden ser sintetizados por reacción de protactinio (IV) cloruro de fundido con Be (C ₅ H _{5) 2.} Un anillo puede ser sustituido con un átomo de haluro. Otro complejo organometálico es de color amarillo dorado bis (π-ciclooctatetraeno) protactinio, Pa (C ₈ H _{8) 2,} que es análogo en estructura a uranocene. Allí, el átomo de metal se intercala entre dos ligandos ciclooctatetraeno. Similar a uranocene, se puede preparar por reacción de tetracloruro de protactinium con dipotásico cyclooctatetraenide, K ₂ C ₈ H _8, en tetrahidrofurano.

Isótopos

Veintinueve radioisótopos de protactinio se han descubierto, ser más estable ²³¹ Pa con una vida media de 32.760 años, ²³³ Pa, con una vida media de 27 días, y ²³⁰ Pa, con una vida media de 17,4 días. Todos los isótopos restantes tienen una vida media más corta de 1,6 días, y la mayoría de ellos tienen una vida media de menos de 1,8 segundos. Protactinio también tiene dos isómeros nucleares, ^217m Pa (vida media de 1,2 milisegundos) y ^234m Pa (vida media de 1,17 minutos).

El primario modo de desintegración de los isótopos de protactinium más ligero que (e incluyendo) el isótopo más estable ²³¹ Pa (es decir, ²¹² Pa a ²³¹ Pa) es desintegración alfa y el modo primario de los isótopos más pesados (es decir, ²³² Pa a ²⁴⁰ Pa) es desintegración beta. El primario productos de desintegración de isótopos del protactinio más ligero que (e incluyendo) ²³¹ Pa son actinium isótopos y los productos de desintegración primarios para los isótopos más pesados de protactinium son uranio isótopos.

Aplicaciones

Aunque protactinium se encuentra en la tabla periódica entre el uranio y el torio, que ambos tienen numerosas aplicaciones, debido a su escasez, alta radiactividad y alta toxicidad, actualmente no hay usos para protactinium fuera de la investigación científica.

El protactinio-231 surge de la desintegración del uranio-235 formado en reactores nucleares, y por la reacción de ²³² Th + n → ²³¹ Th + 2n y posterior desintegración beta. Se puede mantener una reacción nuclear en cadena, lo que podría, en principio, ser utilizado para construir armas nucleares . La físico Walter Seifritz calcula una vez que el asociado masa crítica como 750 ± 180 kg, pero esta posibilidad (de una reacción en cadena) ha sido descartada por otros físicos nucleares desde entonces.

Con el advenimiento de altamente sensibles espectrómetros de masas , una aplicación de ²³¹ Pa como trazador en geología y paleoceanografía se ha hecho posible. Así, la relación de protactinio-231 al torio-230 se utiliza para datación radiométrica de los sedimentos que son de hasta 175.000 años de edad y en el modelado de la formación de minerales. En particular, su evaluación en los sedimentos oceánicos permitió reconstruir los movimientos del Atlántico Norte cuerpos de agua durante la última fusión de la edad de hielo de los glaciares . Algunas de las variaciones de citas relacionadas protactinium-se basan en el análisis de las concentraciones relativas de varios miembros de larga vida de la cadena de desintegración del uranio - uranio, el torio y el protactinio, por ejemplo. Estos elementos tienen 6, 5 y 4 f-electrones en la capa exterior y por lo tanto favorecen a 6, 5 y 4 estados de oxidación, respectivamente, y muestran diferentes propiedades físicas y químicas. Así, torio y protactinio, pero no compuestos de uranio son poco solubles en soluciones acuosas, y precipitar en los sedimentos; la tasa de precipitación es más rápido para el torio que para protactinio. Además, el análisis de la concentración tanto para protactinio-231 (vida media 32.750 años) y el torio-230 (vida media de 75.380 años) permite mejorar la precisión en comparación a cuando sólo se mide un isótopo; este método de doble isótopo también es débilmente sensible a la falta de homogeneidad en la distribución espacial de los isótopos y a las variaciones en la tasa de precipitación.

Precauciones

Protactinio es a la vez tóxico y altamente radiactivo y por lo tanto todas las manipulaciones con que se realizan en un sellada guantera. Su principal isótopo ²³¹ Pa tiene una actividad específica de 0.048 Ci / gramo y emite principalmente partículas alfa de la energía 5 MeV, que puede ser detenido por una fina capa de cualquier material. Sin embargo, se desintegra lentamente, con la vida media de 32.760 años, en Ac ^227, que tiene una actividad específica de 74 Ci / gramo, emite tanto la radiación alfa y beta, y tiene una vida media mucho más corta de 22 años. ²²⁷ Ac, a su vez, se desintegra en los isótopos más ligeros con la mayor brevedad, la vida media y actividades específicas mucho mayores (SA), tal como se resume en la siguiente tabla.

Como protactinium está presente en pequeñas cantidades en la mayoría de los productos naturales y materiales, que se ingiere con la comida o el agua e inhaló con el aire. Sólo aproximadamente 0,05% de protactinium ingerido se absorbe en la sangre y el resto se excreta. De la sangre, aproximadamente el 40% de los depósitos protactinium en los huesos, aproximadamente el 15% va al hígado, 2% a los riñones, y el resto sale del cuerpo. La vida media biológica de protactinio es de unos 50 años en los huesos, mientras que en otros órganos de la cinética tiene un componente rápido y lento. Así en el hígado 70% de protactinium tienen una vida media de 10 días y 30% permanecer durante 60 días. Los valores correspondientes para los riñones son 20% (10 días) y 80% (60 días). En todos estos órganos, protactinium promueve el cáncer a través de su radiactividad. La dosis máxima segura de Pa en el cuerpo humano es de 0,03 Ci que corresponde a 0,5 microgramos de ²³¹ Pa. Este isótopo es 2,5 × 10 ⁸ veces más tóxico que el ácido cianhídrico . Las concentraciones máximas permitidas de ²³¹ Pa en el aire es de 3 × 10 ^-4 Bq / m ^3.